專利名稱：一種地面信號下傳系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及鉆探領域，具體地講是一種地面信號下傳系統。
背景技術：
在鉆井期間，希望在地面控制和井下鉆具間實現通信，從而實現在地面 遙控鉆具的工作狀態，達到控制鉆井軌跡目的。控制技術在許多領域得到了 廣泛應用，節約了人力，降低了生產成本，控制目標精度也得到了提高，大 大提高了生產效益。而在石油、礦山、地址勘探等鉆井工程中，鉆井作業仍 然很大程度依賴于人工操作，主要靠工程師、地質學家和司鉆的經驗及技巧， 隨著隨鉆測量技術正在普及應用，鉆井軌跡以及地層信息能夠及時傳到地面， 有利于及時對鉆井進程做出決策與修正，提高鉆井科學性，但目前的隨鉆測 量技術只能夠單向傳輸信息，即只能把井下鉆具工況和地層信息采集傳輸到 地面，不能及時根據實時信息及時更改鉆具工作狀態，使其能夠更準確的按 照工程設計軌道鉆進，要做到這點就必需有雙向(地面一井下)信息通道，使 地面控制信息及時下傳到井下，井下導向工具隨時修正鉆具工作狀態，實現 對鉆井軌道閉環控制，提高鉆井軌道準確性，從整體上降低鉆井費用，提高 鉆井成功率和勘探開發的效益。
在目前隨鉆測量技術中，井下向地面的通信信號傳輸技術主要包括電磁 波、聲波、泥漿脈沖、導線。能夠用于信號下傳較好的選者有導線和泥漿脈 沖。采用導線傳輸， 一般用單芯鎧裝電纜通過鉆柱通道下放，這種方式雖然 信息傳輸比較快，并且比較準確可靠，但這種方式需要特殊的鉆桿，操作復 雜，成本非常高，在常規鉆井條件下，電纜連接和維護都很困難，并且電纜 在隨鉆柱旋轉容易被絞斷，因此導線方法不是很好可行方法，這就需要另覓新的途徑。
中國發明專利公幵號CN101082267A，發明名稱為"傳輸信號的方法和管 道"公開了一種使用導線的從地面向井下傳送信號的方案，其通過特殊的鉆 桿結構和布線方法實現了向井下傳送信號的目的。該申請的背景技術部分中 還引用了美國專利5357098和5517464，其公開了使用泥漿脈沖遙感勘測的例 子，其使用特殊的結構改變井下泥漿出口的壓力，地面裝置根據地面上泥漿 輸入的壓力變化得到井下的信息。而上述方案只是實現了單向的信息傳遞， 而地面的控制調整信號還主要通過導線的方式傳輸到并下。
以弓I入方式將上述技術內容合并于本申請。
實用新型內容
本實用新型的目的在于提供一種地面信號下傳系統，用于解決現有技術 中采用導線向井下傳送信號時，容易出現的導線斷裂，信號傳輸不穩定等不 足。
為了實現上述目的，本實用新型實施例提供一種地面信號下傳系統，包 括立管，鉆具，所述立管將泥漿傳送到所述井下鉆具，其特征在于該系統還 包括與所述立管連通的分支管道，控制所述分支管道分流所述立管內泥漿的 閥，控制該閥的地面監控計算機以及脈沖信號發生器，以及在井下檢測泥漿 壓力并根據所述泥漿的壓力對所述井下鉆具進行控制的信號接收裝置；
所述地面監控計算機通過控制所述閥將所述立管中的泥漿分流到所述分 支管道，從而控制井下泥漿的壓力變化以傳遞控制所述井下鉆具的信號，所 述信號接收裝置根據所述井下泥漿壓力的變化信息識別所述地面監控計算機 的控制信號，并根據該控制信號控制所述井下鉆具工作狀態。
根據本實用新型所述的一種地面信號下傳系統的一個進一步的方面，還 包括脈沖信號發生器，連接于所述地面監控計算機與分支管道之間，用于對 所述地面監控計算機的控制信號進行編碼，并根據所述編碼產生脈沖信號驅動所述闊。
根據本實用新型所述的一種地面信號下傳系統的再一個進一步的方面， 在所述閥的上游還具有單向闊，防止泥漿從所述分支管道中倒流回所述立管。
根據本實用新型所述的一種地面信號下傳系統的另一個進一步的方面， 在所述閥的下游還包括泥槳緩沖器，用于降低所述分支管道中泥漿的壓力。
根據本實用新型所述的一種地面信號下傳系統的另一個進一步的方面， 所述信號接收裝置還包括壓力傳感器、信號處理器和指令輸出單元，所述壓 力傳感器檢測泥漿壓力變化，將泥漿壓力變化的信息傳送給所述信號處理器， 所述信號處理器根據所述泥漿壓力變化信息識別所述地面監控計算機的控制 信號，通過所述指令輸出單元將所述控制信號輸出至所述鉆井工具。
根據本實用新型所述的一種地面信號下傳系統的另一個進一步的方面， 所述閥為旋轉閥。
本實用新型實施例的有益效果在于，避免了使用導線向井下傳送控制數 據而造成導線安裝成本過高，并且導線使用不夠可靠的問題，實現高可靠性
的傳送控制數據，大大提高鉆遇率，節約鉆時，增加效益；填補了國內鉆井 工程中無信號下傳裝置的空白；是目前實現鉆井軌跡閉環控制的有效系統。
此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的 一部分，并不構成對本實用新型的限定。在附圖中 圖l是本實用新型系統結構圖； 圖2是本實用新型脈沖信號發生器電路結構圖； 圖3是本實用新型信號接收裝置電路結構圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施方式和附圖，對本實用新型做進一步詳細說明。在此，本實用新型的示意性 實施方式及其說明用于解釋本實用新型，但并不作為對本實用新型的限定。
本實用新型實施例提供一種地面信號下傳系統，提供了一種將地面信號 通過泥漿傳輸到井下的技術方案。
如圖1所示為本實用新型一種鉆探控制信號下傳系統，包括地面監控計
算機IOI，脈沖信號發生器102，步進電機103，旋轉閥104，單向閥105，泥 漿泵106，泥漿池107，泥漿緩沖器108，立管109，分支管道IIO，水龍帶l 11，鉆井塔112，信號接收裝置U3，鉆井工具114。所述地面監控計算機IO 1與所述脈沖信號發生器102相連接，所述脈沖信號發生器102與步進電機1 03相連接，所述步進電機103與所述旋轉阓104相連接，所述旋轉閥104安 裝于所述分支管道110上，在所述單向閥105安裝于所述分支管道110，所述 單向閥105位于所述旋轉閥104上游，所述分支管道110與所述立管109相 通，在所述立管109中流動的泥漿可以通過分支管道110流向單向閥105和 旋轉閥104，泥槳泵106與泥漿池107相連接，將泥漿抽壓出所述泥槳池107， 通過所述立管109流向水龍管111，在所述旋轉閥104的下游還連接有泥漿緩 沖器108，泥漿通過旋轉閥104和泥漿緩沖器108回流到泥漿池107中。所述 水龍管111通過鉆井塔112連接到井下的管道，將所述泥漿輸送到井下，所 述信號接收裝置113實時檢測井下泥槳的壓力，并根據所述泥漿的壓力識別 該壓力變化所代表的地面監控計算機101的控制數據，用于控制所述鉆井工 具114。
所述地面監控計算機101根據井下傳感器返回的的數據生成控制數據， 或者由人工根據井下傳感器返回的數據生成控制數據，用于控制鉆具114。
所述脈沖信號發生器102，用于根據地面監控計算機101產生的控制數據 產生脈沖信號并驅動所述的步進電機103。
所述步進電機103，用于根據所述脈沖信號發生器102產生的脈沖信號控 制旋轉閥104。所述旋轉閥104，用于根據所述地面監控計算機101發出的信息數據導通 或者關斷泥漿從所述立管109流向分支管道110，以減小或者恢復立管109中 泥漿的壓力。在其它實施例中，還可以使用脈沖閥等閥門代替所述旋轉閥10 4。
所述單向閥105，用于防止泥漿從分支管道110中逆向流入到立管109中。 所述泥漿泵106，用于從泥漿池107中抽取泥漿，以形成輸送到井下的泥漿。
所述泥漿緩沖器108，用于減小當旋轉閥104打開時緩沖流出的泥漿的壓力。
所述信號接收裝置113，用于檢測管道中泥漿的壓力，并識別控制數據以 控制所述鉆具114。
在地面監控計算機101的控制下，脈沖信號發生器102產生脈沖電流信 號驅動所述步進電機103，所述步進電機103控制旋轉閥104打開、關閉。 如果旋轉閥104打開，在立管109中的一部分泥漿分流到分支管道110中， 使得井下管道中的泥槳壓力明顯減小，所述信號接收裝置113檢測到泥漿 壓力減小的信息；當旋轉陶104關閉，在立管中的泥漿不再分流到分支管 道110中，所述井下泥漿的壓力恢復正常，即升高，所述信號接收裝置ll 3檢測到泥漿壓力升高的信息；所述信號接收裝置113根據泥漿壓力升高、 降低的信息轉換成脈沖序列信號并進行解碼，獲得所述地面監控計算機10 l輸出的控制數據，根據該控制數據控制所述鉆具114工作狀態，以實現控 制信號從地面傳輸到井下的目的。這種采用改變管道泥漿壓力的方式，從 而傳送信號到井下可以比較安全的可靠的傳送信號。
如圖2所示為本實用新型脈沖信號發生器102的結構圖，包括計算機通 信接口201，指令編碼電路202，脈沖輸出驅動電路203。
所述計算機通信接口 201與所述地面監控計算機101相連接，用于接收、 轉換所述地面監控計算機101的控制數據。所述指令編碼電路202，與所述計算機通信接口201相連接，將所述地面 監控計算機101產生的控制數據進行編碼，以脈沖的形式輸出。
所述脈沖輸出驅動電路203，與所述指令編碼電路202相連接，根據所述 指令編碼電路202產生的脈沖信號向外輸出脈沖電流信號。
所述脈沖信號發生器102通過計算機通信接口 201與地面監控計算機10 l相連接，獲得所述地面監控計算機101的控制數據，并利用指令編碼電路2 02將所述控制數據進行編碼，轉換為脈沖信號，再利用脈沖輸出驅動電路20 3產生脈沖電流信號，輸出至步進電機103，以實現通過步進電機103對旋轉 閥104的打開、關閉的控制。
如圖3所示為本實用新型信號接收裝置113的結構示意圖，包括壓力傳 感器301，信號處理器302，指令輸出單元303。所述壓力傳感器301與信號 處理器302相連接，所述信號處理器302與所述指令輸出單元303相連接， 所述指令輸出單元303與所述鉆井工具114相連接。
所述壓力傳感器301,用于檢測井下泥漿壓力，當旋轉閥104打開，分支 管道110對立管109的泥漿進行分流，從而減小井下泥漿壓力時，所述壓力 傳感器301將壓力減小的信息傳送給所述信號處理器302;當旋轉閥104關閉， 分支管110無法對立管109的泥漿進行分流，從而恢復了井下泥漿壓力時， 所述壓力傳感器301將壓力恢復的信息傳送給所述信號處理器302。
所述信號處理器302，接收所述壓力傳感器301傳送來的泥漿壓力信號轉 換為電信號，利用信號處理器302內部的解碼器對該信號序列解碼，識別出 該信號序列對應的地面監控計算機101輸出的控制數據，所述信號處理器30 2將解碼后的控制數據通過指令輸出單元303輸出到鉆具114，從而實現控制 鉆具114。
至此完成了信號從地面傳送到井下的過程。
本實用新型的有益效果在于，避免了使用導線向井下傳送控制數據而造 成導線安裝成本過高，并且導線使用不夠可靠的問題，實現高可靠性的傳送控制數據，大大提高鉆遇率，節約鉆時，增加效益；填補了國內鉆井工程中 無信號下傳裝置的空白；是目前實現鉆井軌跡閉環控制的有效系統。
以上所述的具體實施方式
，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果 進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實 施方式而已，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神 和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型 的保護范圍之內。
權利要求1.一種地面信號下傳系統，包括立管，鉆具，所述立管將泥漿傳送到所述井下鉆具，其特征在于該系統還包括與所述立管連通的分支管道，控制所述分支管道分流所述立管內泥漿的閥，控制該閥的地面監控計算機，以及在井下檢測泥漿壓力并根據所述泥漿的壓力對所述井下鉆具進行控制的信號接收裝置；所述地面監控計算機通過控制所述閥將所述立管中的泥漿分流到所述分支管道，從而調節井下泥漿的壓力以傳遞對所述井下鉆具的控制信號，所述信號接收裝置根據所述井下泥漿壓力的變化信息識別所述地面監控計算機的控制信號，并根據該控制信號驅動所述井下鉆具。
2. 根據權利要求1所述的一種地面信號下傳系統，其特征在于還包括脈 沖信號發生器，連接于所述地面監控計算機與分支管道之間，用于對所述地 面監控計算機的控制信號進行編碼，并根據所述編碼產生脈沖信號以控制所 述閥。
3. 根據權利要求1所述的一種地面信號下傳系統，其特征在于在所述閥 的前端還具有單向閥，防止泥漿從所述分支管道中倒流回所述立管。
4. 根據權利要求1所述的一種地面信號下傳系統，其特征在于在所述閥 的下游還包括泥漿緩沖器，用于降低所述分支管道中泥漿的壓力。
5. 根據權利要求1所述的一種地面信號下傳系統，其特征在于所述信號 接收裝置還包括壓力傳感器、信號處理器和指令輸出單元，所述壓力傳感器 檢測泥漿壓力變化，將泥槳壓力變化的信息傳送給所述信號處理器，所述信 號處理器根據所述泥漿壓力變化信息識別所述地面監控計算機的控制信號， 通過所述指令輸出單元將所述控制信號輸出至所述鉆井工具。
6. 根據權利要求1所述的一種地面信號下傳系統，其特征在于所述閥為 旋轉閥。
專利摘要本實用新型涉及鉆探領域，具體地講是一種地面信號下傳系統。為了解決現有技術中信號下行傳輸不是很可靠的問題，提供了一種地面信號下傳系統，通過在現有立管管道上引入分支管道，并通過分支管道分流立管泥漿，控制泥漿壓力的變化，井下信號接收裝置從所述壓力變化識別出控制鉆具的信號，實現對鉆具工作狀態的控制。本實用新型的有益效果在于，避免了使用導線向井下傳送控制數據而造成導線安裝成本過高，并且導線使用不夠可靠的問題，實現高可靠性的傳送控制數據，大大提高鉆遇率，節約鉆時，增加效益。
文檔編號E21B44/00GK201221345SQ20082010851
公開日2009年4月15日 申請日期2008年6月11日 優先權日2008年6月11日
發明者弓志謙, 林 李, 榮 石, 禹德洲, 蘇義腦 申請人:中國石油集團鉆井工程技術研究院